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警視庁特別犯罪対策室の絵里子（天海祐希）らが事件を追う。対策室が解散し、渡米しようとしていた絵里子に、野立（竹野内豊）から電話が入る。テロ集団“黒い月”が国家公安委員長・黒原（西田敏行）を狙撃すると犯行声明を出したという。対策室のメンバーは事件解決に奔走するが、黒原は狙撃され、対策室は再び解散を言い渡される。2年後、野立はある重要事件解決のため、対策室を復活させる。

コミュニケーション・サイト“ツブヤイター”に、対策室メンバーと野立（竹野内 豊）に対する殺人予告が書き込まれた。絵里子（天海祐希）は、犯人像を自分の熱狂的なストーカーだと想定し、捜査を行うが、犯人の足取りはまったくつかめない。そんな中、犯人から届いたメールには、拳銃で撃たれ、けがを負った真実（戸田恵梨香）の姿が映し出されていた。

“死の腕”を名乗る4件の連続殺人の容疑者が逮捕された。取り調べを見ていた絵里子（天海祐希）は、容疑者の自供に違和感を覚え、4件目は別人による犯行だと推理。4人目の被害者である出版社社長の周辺を捜査する。すると、同じ出版社の編集長・小堀（野間口徹）が捜査線上に浮上。小堀は広告会社との癒着や横領のうわさが絶えずあった。

暴飲暴食がたたり倒れた絵里子（天海祐希）に野立（竹野内豊）は休養を命じる。絵里子不在の中、連続殺人事件が発生。被害者たちが偽造免許証を所持していたため、対策室のメンバーは被害者の身元を特定できずにいた。そんな中、山村（温水洋一）がATMに被害者の顔写真が貼られているのを偶然発見。被害者たちは振り込め詐欺グループのメンバーだった。

3人の主婦が相次いで行方不明に。3人とも失踪する理由が見当たらず、事件だと判断した絵里子（天海祐希）は捜査を開始する。捜査線上に浮かび上がってきたのは、二人目の被害者の友人である香苗（松下由樹）。香苗は、主婦たちから絶大な人気を誇るカリスマブロガーだった。香苗の元を訪れた絵里子は、香苗の冷静な対応に違和感を覚える。

銀行強盗が人質を取り立てこもる事件が発生。偶然居合わせた幸子（長谷川京子）も人質に。交渉を任された絵里子（天海祐希）は、犯人とのアプローチを試みるが思うようにいかない。そんな中、銃声とともに人質たちが建物外に飛び出してくる。犯人確保のため、絵里子らは銀行内に突入するが、犯人の姿はなく、銃殺された人質の遺体が残されていた。

警視庁で都民との交流イベントの開催中、参加者の一人・小暮（田中圭）が取調室に居座った。小暮は、絵里子（天海祐希）らに「1時間以内に僕が誰か思い出してください」と要求。そして、遠隔操作でバス停にガスを散布させて見せ、思い出さなければもっと大きな化学テロを起こすと脅す。絵里子らは小暮から出されたヒントを基に、男の正体を探る。

絵里子（天海祐希）が鑑識課の石川（谷原章介）とお見合いをすることに。イケメンを目の前にして浮かれ気分の絵里子だったが、女性の変死体が発見されたという連絡が入る。現場で、遺体を覆う花びらや額に血で押された母印などを見た絵里子は、5年前に起きた未解決連続殺人犯の“エンジェルキラー”と犯行の手口が酷似していることに気付く。

夫婦殺害事件が発生した。事件翌日、被害者夫婦の娘・愛海が現場近くの公園で発見されるがショックで話ができない。犯人が再び標的にする可能性が高いと判断した絵里子（天海祐希）は、岩井（ケンドーコバヤシ）に愛海の警護を指示。そんな中、殺害方法からプロの犯行だと断定した絵里子らが入国リストを調べると、元よう兵の真崎（坂口憲ニ）が浮上する。

真実（戸田恵梨香）が対策室に復帰。絵里子（天海祐希）の指示で、2年前に黒原（西田敏行）が狙撃された事件の捜査を一人でしていた真実は、狙撃事件の犯人と目されるテロリストグループ“黒い月”の幹部が、次々と殺されていることに気付く。そんな中、2体の爆死体が見つかり、“黒い月”との関連性が強いと推測した対策室のメンバーは捜査に乗り出す。

世界環境サミット直前に、絵里子（天海祐希）たちは身に覚えのない容疑でそれぞれ逮捕されてしまう。野立（竹野内豊）は、サミットの警備を担当する対策室への妨害だと刑事部長・丹波（光石研）に訴えるが相手にされない。さらに、野立も参事官室を捜索され、2年前の狙撃事件に関する機密文書が入ったディスクを押収されてしまう。